DE2505647C2 - Verfahren zur Herstellung von Cellulosematerialien, Cellulosematerialien und deren Verwendung - Google Patents

Description

einem Bereich von 600 bis 1000 N pro linearem cm gearbeitet

Nach der Erfindung hergestellte Cellulosematerialien können aus einer großen Auswahl bekannter Ausgangsmaterialien hergestellt werden. Im allgemeinen umfassen solche Ausgangsmaterialien jegliche bekannte Papierarten, ob sie durch Zylinder oder durch Fourdrinier-Verfahren vorbehandelt sind, solange das Ausgangsmateria! eine Dichte von ungefähr 0,9 g cm³, eine Dicke im Bereich von 0,6 bis 0,11 mm und die Fähigkeit hat zu Krepp verarbeitet zu werden. Obwohl Papiere, die natürliche Fasern enthalten, bevorzugt sind, können auch solche, die synthetische Fasern oder Verschnitt oder Mischungen von natürlichen und synthetischen Fasern enthalten, verwendet werden, solange diese sich für die gewünschten physikalischen und elektrischen Eigenschaften nicht als nachteilig erweisen. Dementsprechend werden in diesem Sinne unter dem Begriff »CeUulosematerial« solche

ίο Materialien verstanden, die natürliche, synthetische und Mischungen von Fasern enthalten.

Obgleich ein CeUulosematerial nach der Erfindung physikalische Eigenschaften hat, die in den oben angegebenen, breiten Bereichen liegt, umfassen bevorzugte Eigenschaften eine Dichte im Bereich von 0,9 bis 1,0 g/cm³, eine Längung oder Dehnfähigkeit im Bereich von 15 bis 30%, eine Dehnfestigkeit in Verarbeitungsrichtung im Bereich von 68,7 bis 107,9 N, eine Zähigkeit im Bereich von 363 bis 785 J/m² und eine Zerreißfestigkeit nach Mullen im Bereich von 216 bis 324 kPa. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß ein geeignetes Produkt erhalten wird, wenn die Dichte größer als 0,8 g/cm³ und vorzugsweise über 0,95 g/cm³ ist, die Dehnbarkeit größer als 10% ist und vorzugsweise in einem Bereich von 15 bis 25% ist, die mittlere Dicke 0,07 mm, die wie oben definierte Dehnfestigkeit 44,1 N/cm beträgt, die Reißfestigkeit nach Finch wenigstens 68,7 bis 88,3 N und die Zerreißfestigkeit nach Mullen wenigstens 275 kPa ist

Ein Cellulosematerial nach dir Erfindung kann in vielfältiger Weise verwendet werden. Speziell ist es jedoch gut geeignet für das Umwickeln von Trafodraht, wie er in ölgefüllten Transformatoren verwendet wird, wo die Bedingungen hoher elektrischer Beanspruchung zu berücksichtigen sind. Es ist auch gut geeignet für das Bewickeln von Spulen, wie sie in elektrischen Motoren und Einrichtungen verwendet werden, wo eine flexible Isolation erwünscht ist In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß das erfindungsgemäße Cellulosematerial unerwartete Eigenschaften zeigt

Zum Beispiel wird die Dichte allgemein bei der Herstellung von Krepp-Papier in der Größenordnung von 100% verringert Das Volumen wird wesentlich vergrößert Im Gegensatz dazu, wie oben erwähnt, hat das erfindungsgemäße Produkt eine Dichte, die praktisch die gleiche sein kann wie die des Ausgangsmaterials, d. h., einer flachen Bahn aus Cellulose. Die Dicke oder das Volumen bzw. der Raumbedarf kann gegenüber dem Ausgangsmaterial im wesentlichen unverändert bleiben. Die Lufldurchlässigkeit nach Gurley ist von Werten im Bereich von 500 bis 1500 s auf Werte im Bereich von 1000 bis 10 000 s erhöht. Gleichzeitig hat das Produkt ein glatte Oberfläche, beträchtlich gesteigerte Dehnfähigkeit und Elastizität und die Fähigkeit, sich eng an irreguläre Oberflächen anzuschmiegen, und zwar ohne Spaltbildung oder Reißen. Diese Eigenschaften stehen im Gegensatz zu bekannten Isolationsmaterialien.

Bei Testergebnissen mit ölgefüllten Transformatoren und mit elektrischen Kraftfahrzeugspulen hat sich ein erfindungsgemäßes Celluloseisolationsmaterial unter normalen Betriebbedingungen als ausgezeichnet erwiesen, wobei dieses Material eine Dichte von 0,95 g/cm³, eine Dehnung von 15 bis 25%, eine Dicke von 0,075 mm, eine Dehnfestigkeit in Bearbeitungsrichtung von 44,1 N/cm, eine Reißfestigkeit nach Finch von 78,5 N, eine Zähigkeit von 510 J/m² und eine Reißfestigkeit nach Mullen von 280 kPa hatte und wobei dieses aus gekrepptem Papier hergestellt worden war, das eine Anfangsdichte von 0,9 g/cm³ und eine mittlere Dicke von 0,075 mm hatte. Wenn ein solches Material in aneinanderstoßenden Lagen um Trafodraht geringen Durchmessers herumgewickelt war, wirkte sich die Elastizitätseigenschaft des Papiers derart aus, daß jegliche Möglichkeit der Bildung eines Spaltes, eines Risses oder dgl. vermieden war. Außerdem wurde ein erfindungsgemäßes Produkt für eine C-förmige überlappte Ausführung für Spulendraht mit geringem Durchmesser verwendet. Der so zusammengesetzte Gegenstand konnte in verschiedene Formen gebogen und/oder verdrillt werden, ohne daß sich in der Windungsisolation Spalte bildeten oder andere Beschädigungen dort auftraten. Normale Verarbeitung eines solchen Isolationsmaterials, das nicht die Elastizität, Dehnbarkeit und Festigkeit des erfindungsgemäßen Produktes hat, kann keineswegs in dieser Weise ausgeführt werden, ohne daß Spalte, Risse und ähnliches auftreten. Die zu erwartende Möglichkeit mechanischer Beschädigungen ist während der nachfolgenden Verarbeitung

so oder dem Zusammensetzen unvermeidlich, was im praktischen Anwendungsfalle zu Kurzschlüssen führen kann. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erhält man ein Cellulosematerial bei einer Dichte von 0,95 g/cm³, einer Dehnung von 15 bis 25%, einer Dicke von 0,075 mm, einer Dehnfestigkeit in Verarbeitungsrichtung von 58,8 N/cm, einer Reißfestigkeit nach Finch in Verarbeitungsrichtung von 73,5 N und einer Reißfestigkeit nach Mullen von 275 kPa.

Durchgeführte Tests mit dem als Ausgangsmaterial verwendeten Papier und mit erfindungsgemäß gekrepptem Papier ergaben Werte der Luftdurchlässigkeit nach Gurley:

Beziehung zwischen Gurley-Luftdurchlässigkeitsmessung und Nummer des Verfahrens

Punkte des Position auf der Rolle

Verfahrens 12345678 9 10 11

Ausgangsmaterial 814 758 654 695 644 673 631 553 579 600 558 Endprodukt 2777 2438 2494 2538 2236 1615 2168 2331 1762 2024 3023

Mittelwert: Ausgangsmaterial — 651
Endprodukt — 2319

Es sei darauf hingewiesen, daß, obgleich diese Erfindung allgemein mit Bezug auf die Anwendung für die elektrische Isolation von Windungen beschrieben ist, die Cellulosematerialien gemäß der Erfindung auch an jeglicher anderer Stelle verwendet werden können, wo relativ festes, aber dünnes, flexibles, dehnfähiges Papier erwünscht ist. Wenn das Papier als elektrischer Isolator verwendet wird, kann dieses Produkt zusätzlich mit einer oder mehreren stickstoffhaltigen Verbindungen behandelt werden, um die Degradierung des Materials zu verlangsamen, wenn es elektrischen, thermischen und physikalischen Belastungen über lange Zeiträume ausgesetzt ist. Solche stickstoffhaltige Verbindungen können dem Cellulose-Isoliermaterial durch Aufsprühen, Eintauchen oder durch Hindurchleiten durch ein Bad zugeführt werden. Geeignete Verbindungen sind u. a. Dicyandiamid, Triethanolamin, Melamin, Acrylnitril.

Abgesehen von anderen Vorteilen hat ein Cellulosematerial gemäß der Erfindung und das Verfahren zur Herstellung desselben den Vorteil, daß es mit kommerziell verfügbaren Einrichtungen herzustellen bzw. durchzuführen ist. Es sind dies z. B. Einrichungen wie Befeuchter, Rollen zum Kreppbilden, Kreppschaber, Trockner, Kalander, Streifenschneidemaschinen usw. Solche Einrichtungen umfassen eine Befeuchtungseinrichtung, eine zur Kreppbildung glatte Trägerrolle bzw. Walze, einen zur Kreppbildung zu verwendenden Schaber und Vorrichtungen wie einen Trockner, einen Kalander und eine Streifenschneidemaschine, die in der Weise angeordnet sind, wie sie normalerweise für das Verfahren zur Herstellung eines Kreppmaterials verwendet werden.

Die voranstehend gegebenen Zahlenwerte, durch die die verschiedenen physikalischen Eigenschaften beschrieben werden, wurden mit den nachfolgenden Verfahren der American Society for Testing und Materials und der Technical Association of the Pulp und Paper Industry erhalten. Es sind dies die folgenden Eigenschaften:

Zusammengefaßt handelt es sich bei der Erfindung um ein Verfahren zur Herstellung eines Cellulosematerials, das speziell für die Anwendung als elektrischer Isolator geeignet ist. Das Produkt wird durch Kreppbildung eines als Ausgangsmaterial hergenommenen Papiers und durch nachfolgendes Kalandern des Papiers erzeugt, so daß die endgültige Dichte des Krepp-Produktes gleich oder größer ist als diejenige des Ausgangsmaterials. Das sich ergebende Krepp-Produkt hat vorzugsweise eine Dichte im Bereich von 0,8 bis 1,2 g/cm³, eine vergrößerte Luftdurchlässigkeit, gemessen nach Gurley, und hat gute mechanische und elektrische Eigenschaften wie Flexibilität, Dehnungsfähigkeit und Isolationseigenschaft.

Dichte	A.S.T.M.	D202-72a	naß
Dehnung	A.S.T.M.	D202-72a	D828
Dicke	A.S.T.M.	D202-72a	Methode D
M.D. Dehnfestigkeit	A.S.T.M.	D202-72a	D828
Finch Kantenreißfestigkeit	A.S.T.M.	D827-71
Zähigkeit (Dehnung-Energieabsorption)	T.A.P.P.1		T494-05-70
Mullen Zerreißfestigkeit	A.S.T.M.		D774-71

Claims (1)

1. se gute Isolationseigenschaft hat und bei dem die Gefahr des Reißens vermindert oder gar beseitigt ist Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem wie in Patentanspruch 1 angegebenen Verfahren gelöst In Unteransprüchen sind weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sowie nach dem Verfahren hergestellte Produkte mit vorteilhaften Eigenschaften als auch eine bevorzugte Verwendung des Produktes angegeben.

   Ein Cellulosematerial nach der Erfindung wird dadurch hergestellt, daß man ein Celluioseausgangsmaterial durch Anfeuchten geschmeidig macht, dann durch Kreppen in an sich bekannter Weise ein Zwischenprodukt herstellt und dieses Zwischenprodukt bis zu mindestens der Dichte des Ausgangsmaterials verdichtet

   Das Celluioseausgangsmaterial wird durch Anfeuchten geschmeidig gemacht und mit einem Haftmaterial oder Klebstoff behandelt Das Kreppen wird wird vorzugsweise durch Faltung des behandelten Ausgangsmaterials erreicht und das Verdichten wird durch Zusammendrücken erzielt

   Im Falle von Papier wird das bahnenförmige Ausgangsmaterial angefeuchtet, mit einer kreppbildenden Masse behandelt, gekreppt und kalandert Das sich ergebende Produkt hat eine Dichte im Bereich von 0,8 bis 1,2 g/cm³, eine Gurly-Luftdurchlässigkeit im Bereich von vorzugsweise 1000 bis 10 000 Sekunden, eine Längung oder Dehnbarkeit im Bereich von wenigstens 10, eine mittlere Dicke im Bereich von 60 bis 110 μπι, eine Dehnfestigkeit in Bearbeitungsrichtung von wenigstens 34,3 N/cm, eine Finch-Kantenreißfestigkeit (Standardmethode zur Feststellung der Kantenreißfestigkeit bei Papier) in Bearbeituügsrichtung im Bereich von wenigstens 44,1 N, eine Zähigkeit im Bereich von wenigstens 294 J/m², eine Mullen-Zerreißfestigkeit von wenigstens 17,6 kPa, glatte Oberflächeneigenschaften jnd d'.e Fähigkeit, sich an irreguläre oder unebene Oberflächen anzupassen.

   Das erfindungsgemäße Cellulosematerial hat eine relativ glatte Oberfläche und die Fähigkeit, sich irregulären, unebenen Oberflächen anzuschmiegen. Speziell ist es als Isolationsmaterial zu verwenden. Als solches kann es um Trafodraht, d. h. allgemein in aneinanderstoßenden Lagenwicklungen, für ölgefüllte Transformatoren herumgewickelt werden, oder es kann verwendet werden für C-förmige, longitudinale Überlappungen in Spulen elektrischer Motore und Einrichtungen.

   Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Detailbeschreibung hervor. Allgemein gesehen umfaßt das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eines Cellulosematerials das Anfeuchten und das daraufhin folgende Naßmachen eines bahnenförmigen Celluloseausgangsmaterials, um dieses weich zu machen. Das Naßmachen erfolgt dadurch, indem man das Material mit einer Flüssigkeit, die einen im wesentlichen neutralen pH-Wert hat in Berührung bringt. Das naßgemachte bahnenförmige Material wird mit einer kreppbildenden Zusammensetzung in Berührung gebracht. Ein Anteil der Flüssigkeit wird von dem bahnenförmigen Material entfernt, während die Temperatur auf einen Wert erhöht wird, der genügend hoch ist, um Biegsamkeit und Geschmeidigkeit zu erzeugen. Es wird die Spanne der Bahn für oder auf eine vorgegebene Masse des s Materials verringert. Die Bahn wird zusammengepreßt und man erhält ein Krepprodukt mit einer Dichte und

   einer Masse oder einem Raumbedarf, die bzw. der wenigstens genauso groß wie die bzw. der der Ausgangsbahn ist, bevor diese zu Krepp verarbeitet worden ist. Dieses Krepp-Produkt hat eine relativ glatte Oberfläche und die Fähigkeit, sich irregulären Oberflächen anzupassen.

   Spezieller gesehen umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren das Anfeuchten und das Naßmachen eines bahnenförmigen Celluloseausgangsmaterials, um dieses weich zu machen, während die Bahn einer Temperatur im Bereich von 1O⁰C bis zum Siedepunkt des weichmachenden Mittels ausgesetzt wird. Die naßgemachte Bahn wird mit einem kreppbildenden Material in Kontakt gebracht, um zu bewirken, daß die Bahn an einer kreppbildenden Rolle anhaftet und ein Kräuseln durch einen Schaber zuläßt, der in Verbindung mit der Rolle verwendet wird. Es wird ein Anteil der Flüssgikeit von der Bahn entfernt, während die Temperatur in einem Bereich von 50° C bis 88⁰C erhöht wird, um Geschmeidigkeit zu erreichen. Die Spanne der Bahn wird auf eine vorgegebene Masse an Material verringert, die Bahn zusammengedrückt, und es wird ein Krepp-Parodukt erhalten, das im wesentlichen die gleiche Dichte und das gleiche Volumen hat wie die (noch) nicht zu Krepp verarbeitete Ausgangsbahn. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die Dichte auf dem im wesentlichen selben Wert gehalten wird wie der des Ausgangsmaterials oder gegenüber dem Anfangswert des Ausgangsmaterials erhöht wird. Es treten jedoch bestimmte Fälle ein, in denen der Raumbedarf im wesentlichen der gleiche bleibt oder in bestimmten Fällen ergibt sich, daß er vergrößert ist, sogar, obgleich die Dichte im wesentlichen dieselbe bleibt. Das heißt, daß das erfindungsgemäß hergestellte Produkt eine mittlere Dicke haben kann, die zwischen 0,06 und 0,11 mm liegt.

   Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt es eine große Auswahl an für das Befeuchten bzw. Naßmachen und/oder das Weichmachen verwendbaren Materialien, solange diese einen im wesentlichen neutralen pH-Wert haben. Beispiele derartiger Materialien sind Wasser, Mischungen aus Wasser und mit Wasser mischbare Lösungsmittel, wie z. B. niedrige primäre Alkohole, eingeschlossen Methyl-, Ethyl-, Propyl- und Butylalkohol usw.

   Mit Erweichungsmitteln können auch eine große Auswahl von kreppbildenden Materialien angewendet werden, die Stoffe sein sollten, die ein Anhaften der Ausgangsbahn an der kreppbildenden Rolle bewirken und die zugleich ermöglichen, die Ausgangsbahn mittels eines Schabers zu kräuseln, der zusammen mit der kreppbildenden Rolle verwendet wird. Im allgemeinen umfassen solche kreppbildenden Stoffe in der Natur vorkommende und synthetische Klebstoffe, die keine nachteilige Auswirkung auf die Eigenschaften des Entproduktes haben. Kreppbildende Materialien sind z. B. Kasein, tierische Klebstoffe, Stärke, Dextrin, Carboxy-Methylcellulose und ähnliche. Ein bevorzugtes kreppbildendes Mittel ist jedoch Carboxymethylcellulose allein, weil diese in ihren Eigenschaften dem bahnenförmigen Cellulosematerial ähnlich bzw. gleich ist.

   Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Verdichten der zu behandelnden Bahn über einen relativ weiten Bereich ausgeführt werden. Der Druck muß jedoch so gewählt sein, daß die mittlere Ausgangsdicke des bahnenförmigen Ausgangsmaterials im wesentlichen beibehalten bleibt, während gleichzeitig mindestens bis zur Dichte des Celluloseausgangsmaterials verdichtet wird. In diesem Zusammenhang können Druckwerte in einem Bereich von 400 bis 1200 N pro linearem cm angewendet werden. Vorzugsweise wird in